Αξιολόγηση συνδεσιμότητας δικτύων με κινητά τερματικά με έμφαση σε τεχνικές πρόσβασης μέσου

Abstract

The main subject of this thesis is the random access techniques in various wireless networks, and specifically in metropolitan area networks -WiMAX-, mobile wireless sensor networks and body area networks. The mandatory mechanism broadcast polling and the optional mechanism piggybacking, which are specified in the IEEE 802.16 standard for data services in WiMAX networks, are firstly examined. An analytical model is developed for the synergy between broadcast polling and piggybacking. Also, an analytical expression is given for the probability of granting bandwidth to a bandwidth request transmitted through broadcast polling under the consideration of limited uplink bandwidth. Afterwards, clustering techniques are examined in conjunction with medium access techniques in mobile wireless sensor networks. The effect of various mobility models on system performance is examined under the variation of network parameters and the dynamic calculation of the round duration is investigated under the node mobility. A scheme that computes the round duration dynamically based on the packet losses at each cluster stemming from nodes’ disconnections is proposed. Furthermore, the applicability of an existing scheme, which computes the round duration dynamically based on energy consumption, is verified for mobile wireless sensor networks. Finally, the thesis focuses on random access techniques in body area networks with mobility and specifically, it investigates the problem of relaying packets. A mobility aware relaying scheme is proposed to deal with the packet losses caused by nodes’ disconnections. To evaluate the effectiveness of the proposed scheme, comparative simulation results are given between the latter and the two-hop star topology extension of the standard.

Το αντικείµενο της παρούσας διατριβής συνίσταται στη µελέτη τεχνικών τυχαίας πρόσβασης στο µέσο για ασύρµατα δίκτυα διαφόρων µεγεθών και συγκεκριµένα ασύρµατα δίκτυα µητροπολιτικής περιοχής (metropolitan area networks) WiMAX, ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων µε κινητούς κόµβους (mobile wireless sensor networks) και δίκτυα περιοχής σώµατος (body area networks). Εξετάζονται ο κύριος µηχανισµός σταθµοσκόπησης ευρυεκποµπής (broadcast polling) και ο προαιρετικός µηχανισµός επωµισµού (piggybacking) που ορίζονται στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.16 για υπηρεσίες αποστολής δεδοµένων σε δίκτυα WiMAX. Αναπτύσσεται ενα µαθηµατικό µοντέλο για τη συνδυαστική χρήση των δύο µηχανισµών και εκφράζεται αναλυτικά η πιθανότητα ανάθεσης εύρους ζώνης σε ένα αίτηµα που µεταδίδεται µέσω broadcast polling υπό τη ϑεώρηση πεπερασµένου εύρους ζώνης στην ανερχόµενη ζεύξη. Κατόπιν, εξετάζονται τεχνικές πρόσβασης στο µέσο συνδυαστικά µε τεχνικές συσταδοποίησης στα ασύρµατα δίκτυα αισθητήρων µε κινητούς κόµβους. Αξιολογείται η επίδραση διαφόρων µοντέλων κινητικότητας στην επίδοση του δικτύου και διερευνάται η µεταβαλλόµενη διάρκεια των κύκλων λειτουργίας του δικτύου υπό τη ϑεώρηση της κινητικότητας των κόµβων. Προτείνεται ένα σχήµα δυναµικού προσδιορισµού της διάρκειας του κύκλου που λαµβάνει υπόψη τις απώλειες πακέτων σε κάθε συστάδα λόγω των αποσυνδέσεων των κόµβων. Επιπλέον, διερευνάται η εφαρµοσιµότητα ενός σχήµατος που υπολογίζει τη διάρκεια του κύκλου ϐάσει της καταναλισκόµενης ενέργειας στα δίκτυα αισθητήρων µε κινητικότητα.Τέλος, η διατριβή εστιάζει σε τεχνικές τυχαίας πρόσβασης σε δίκτυα περιοχής σώµατος µε κινητικότητα και ειδικότερα στην αναµετάδοση των πακέτων δεδοµένων. Προτείνεται ένα κινησιακά ενήµερο σχήµα αναµετάδοσης των πακέτων για τη µείωση των απωλειών που προκύπτουν λόγω των αποσυνδέσεων. Η αποτελεσµατικότητα του προτεινόµενου σχήµατος εξετάζεται συγκριτικά µε αυτήν του σχήµατος επέκτασης τοπολογίας αστέρα του προτύπου.